一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法技术

本发明专利技术公开了一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法，属于在位测量技术领域。首先将线激光传感器通过夹具集成在工业机器人的末端，并采用基于标准球的手眼标定方法求解出线激光传感器与工业机器人的位置关系；然后，结合喷管理论廓形以及传感器量程规划线激光传感器的扫描路径，并由工业机器人带动线激光传感器获取火箭发动机喷管的外轮廓数据；最后，针对线激光传感器获取的喷管外轮廓数据，采用基于sigmoid函数拟合的算法来精确获取边缘特征点，并根据边缘信息计算出喷管冷却通道筋宽、槽深以及喷管壁厚的尺寸，实现了火箭发动机喷管冷却通道的高效在位测量，提高了测量效率，并且具有低成本、高柔性以及操作简单等优点。单等优点。单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法


[0001]本专利技术属于在位测量
，具体涉及一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法。

技术介绍

[0002]火箭发动机喷管外表面均布成百上千条冷却通道，起到冷却管壁和预热液态燃料的作用。喷管冷却通道的筋宽、槽深以及喷管壁厚作为评价喷管加工特征的关键参数，对火箭发动机的生产具有非常重要的意义。然而，喷管通道的复杂廓形和数目之多给高效、准确地评测喷管冷却通道的加工特征带来了很大的困难。因此，亟需发展一种面向火箭发动机喷管的高效准确的在位测量方法，满足火箭发动机喷管加工特征评测的需求。
[0003]目前，工业领域常见的喷管冷却通道测量大多依靠工人手持游标卡尺进行测量，该方法测量精度低、测量速度慢、测量范围小，无法准确获取喷管关键部位形貌特征的数据。线激光测量作为非接触式三维光学形貌测量方法，通过采集点云数据，实现对喷管三维形貌精确测量。测量过程无需接触喷管，避免了卡尺挤压型面造成精度损失，能够快速获得喷管各部位的精确轮廓数据。将线激光传感器集成至工业机器人上，可高效精确地获取喷管的外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法，其特征在于，该方法首先将线激光传感器集成在工业机器人的末端，并采用基于标准球的手眼标定方法求解出线激光传感器与工业机器人的位置关系；然后，结合喷管理论廓形以及传感器量程规划线激光传感器的扫描路径，并由工业机器人带动线激光传感器获取火箭发动机喷管的外轮廓数据；其次，针对线激光传感器获取的喷管外轮廓数据，采用基于sigmoid函数拟合的算法来精确获取边缘特征点；最后，结合边缘位置信息计算出喷管冷却通道的筋宽、槽深以及喷管壁厚的尺寸；具体步骤如下：第一步：线激光传感器的装夹与位置标定(1)将线激光传感器装夹在工业机器人末端将线激光传感器(3)通过线激光传感器夹具(2)集成到工业机器人(1)的末端；(2)对线激光传感器进行标定采用手眼标定方法，以标准球作为标靶，依据不同测量姿态下球心在工业机器人坐标系中的坐标恒定，建立包含手眼标定矩阵的方程组；采用4元数法表示手眼标定矩阵中的旋转矩阵，结合建立的方程组，解算出手眼标定矩阵中的未知量，获得线激光传感器与夹具坐标系之间的转换矩阵C，进而获得线激光传感器坐标系与工业机器人坐标系之间的转换矩阵D，通过转换矩阵D解算出线激光传感器坐标系相对于工业机器人坐标系的三个偏角，并通过工业机器人调整角度完成线激光传感器的标定；第二步：线激光传感器扫描路径规划采取线激光传感器沿喷管通道上筋轴截面的母线方向扫描与工件转动相结合的测量方式完成喷管外轮廓的测量：线激光传感器自喷管顶端沿喷管外表面筋轴截面的母线方向，并与母线保持一定距离，向下扫描；完成一条筋的扫描测量之后，线激光传感器返回至喷管顶端，工件旋转一定角度，线激光传感器继续进行下一条筋的测量；反复进行直至完成喷管完整廓形的测量，扫描路径M表示为：M＝{M
i
,i∈[1,m1]}
ꢀꢀ
(1)式中，M
i
为第i条线激光传感器扫描路径，m1为扫描路径总条数；由工业机器人夹持线激光传感器沿扫描路径M进行扫描测量；第三步：喷管冷却通道的边缘特征点提取针对线激光传感器在喷管任一位置处获得的二维点云数据W，计算该位置处的边缘信息：(1)采用双边滤波算法对二维点云数据W进行滤波得W1；由W1的梯度信息初步获取边缘点的位置，点云梯度由一维卷积阵列G作卷积运算获得，G＝[
‑2ꢀ‑
1 0 1 2]
ꢀꢀ
(2)卷积结果中数值最大和最小所对应的两个点即为初步提取到的边缘点，记为q1、q2；(2)精确获取边缘点位置信息设置窗口半径，以初步获取的边缘点q1和q2为中心点，设置K邻域半径，分别提取其邻域点集Q1、Q2；采用sigmoid函数分别拟合点集Q1、Q2，sigmoid函数表达式为：
式中，s1为待拟合点的最大值与最小值的差值；s2为sigmoid函数在x轴上的偏移，即待拟合点的第一个点与最后一个点的横坐标差值；s3表示边缘的倾斜程度，其值越小，边缘越陡峭；s4为sigmoid函数在y轴上的偏移；采用最速下降法，设置迭代次数以及迭代精度，获得最优拟合结果；对拟合后的函数求一阶导数，并令其等于零，所对应的点即为精确获得的边缘点p1(x
a
,z
a
)和p2(x
b
,z
b
)；第四步：喷管冷却通道关键尺寸计算喷管冷却通道筋的宽度尺寸由两个边缘点横坐标之差表示：gap＝|x
a
‑
x
b
|
ꢀꢀ
(4)式中，gap为筋宽的尺寸，x
a
、x
b
为边缘点的横坐标；由边缘点将点云W1分成两部分，即槽底端的点集Q3和筋顶端的点集Q4；采用最小二乘法对点集Q3进行直线拟合，获得直线方程l；计算点集Q4中所有点到直线l的距离并求平均，该平均值即为槽深的尺寸d：式中，L(x
l
,y
l
)为点集Q4中的点(x
l
,y
l
)到直线l的距离，m2为点集Q4中点的数目；喷管壁厚δ采用加工前喷管壁厚减去槽深获得：δ＝T
‑
d
ꢀꢀ
(6)式中，T为冷却通道加工之前喷管壁厚的尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，邢祥胜，薄其乐，刘林，刘晓宇，李红丽，李旭，刘行健，史勇，王永青，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：